CH121240A - Antriebseinrichtung für aus einer Einphasenfahrleitung mit Mehrphaseninduktionsmotoren angetriebene elektrische Eisenbahnen. - Google Patents

Antriebseinrichtung für aus einer Einphasenfahrleitung mit Mehrphaseninduktionsmotoren angetriebene elektrische Eisenbahnen.

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CH121240A
CH121240A CH121240DA CH121240A CH 121240 A CH121240 A CH 121240A CH 121240D A CH121240D A CH 121240DA CH 121240 A CH121240 A CH 121240A
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  Antriebseinrichtung für ans einer     Einphasenfahrleitung    mit     Mehrphaseni_nduktio_        ns-          motoren    angetriebene elektrische Eisenbahnen.    In dem Patent Nr. 98421 ist eine Ein  richtung angegeben, bei .der ein     Wechsel-          stromin.dukti,onsmotor    durch     Vermittlung     eines mit Gleichstrom erregten Synchron  phasenumformers gespeist     wird,    dessen Pri  märwicklung eine so hohe Selbstinduktion  besitzt, dass durch Regelung der     Erregung     des Phasenumformers die den Motor spei  sende Sekundärspannung des Phasenumfor  mers geändert werden kann,

   ohne dass die  Änderung der Sekundärspannung auf die  Spannung des Primärstromkreises des Pha  senumformers merklich     rückwirkt.    Wird die  die Klemmenspannung des Induktionsmotors  bildende Sekundärspannung des Phasenum  formers bei veränderlicher Belastung derart  geändert, dass das Verhältnis des Quadrates  der     Klemmenspannung    zur jeweiligen Bela  stung     praktiseh        gleichbleibt,    so wirkt, wie  dies mit Bezug auf     Fig.    Ja und 6 der Patent  schrift Nr.

   98421 erläutert worden ist, falls  man die Grösse der Selbstinduktion des pri  mären Stromkreises des Phasenumformers ge  eignet wählt, das konstante Verhältnis des    Quadrates der Klemmenspannung des     'Motors     zur jeweiligen Belastung. derart auf dem Lei  stungsfaktor des     primären        Stromkreises    des  Phasenumformers zurück,     dass\        während        im     sekundären Stromkreis des     Phasenumförmers     eine dem guten     Wirkungsgrad    des     Motors     entsprechende verhältnismässig gröle Phasen  verschiebung herrscht,

   der Leistungsfaktor  im primären Stromkreis über den ganzen     Be_          lästungsbereich    des Motors nur wenig von der  Einheit abweicht. Die Aufrechterhaltung des  guten Leistungsfaktors im primären Strom  kreis über den ganzen Belastungsbereich des  Induktionsmotors kann gemäss der in dem  Patent Nr. 98421 angegebenen Einrichtung  praktisch nur durch     eine        verhältnismässig     komplizierte     selbsttätige    Regelung der Er     rei          gung    des     Phasenumformers    erzielt werden.  



  Die vorliegende Erfindung ermöglicht es  nun, die gleiche Wirkung, insbesondere bei  Bahnen, bei denen .der Betrieb überwiegend  aus Beschleunigungen und Bremsungen be  steht, mit äusserst einfachen Mitteln zu er  reichen.-           Gemäss    der Erfindung sind an den sekun  dären Stromkreis eines mit seiner Primär  wicklung von der Fahrleitung gespeisten und  mit regelbarer Gleichstromerregung ausge  rüsteten     Synchronphasenumformers    Mehr  phaseninduktionsmotoren angeschlossen, die  einen unveränderlichen sekundären Wider  stand, in praktischer Ausführung vorteilhaft  einen     Kurzschlussanker    besitzen.  



  Die Erfindung beruht auf folgender Er  kenntnis  Wird ein Induktionsmotor beispielsweise  mit     Kurzschlussanker    an die Stromquelle an  geschlossen, so nimmt der Motor während des  Stillstandes einen gewissen Wattstrom auf,  der verhältnismässig wenig von den Höchst  wert der während der     Anlassperiode    auftre  tenden     Wattaufnahme    abweicht. Die Watt  aufnahme steigt mit Zunahme der Umlaufs  geschwindigkeit zunächst allmählich auf den  Höchstwert, worauf bei weiterer Beschleuni  gung bis zu der der normalen     Betriebsschlüp-          fung    entsprechenden     Umlaufszahl    die Watt  aufnahme allmählich unter ihrem Anfangs  wert sinkt.

   In     Fig.    1 zeigt die Kurve I die  Änderung der Wattaufnahme des Motors  während des     Anlassens    mit einer Klemmen  spannung     e1,    wobei die Abszissen die     Schliip-          fung    vom Stillstande (100 %     Schlüpfung)    bis  zum     Synchronismus    (0 %     Schlüpfung)        Lind     die Ordinaten,. die bei den verschiedenen       Schlüpfungen        auftretende        Wattstromauf-          nahme    bedeuten.

   Die Kurve     II        zeigt,den    Ver  lauf der     Wallaufnahme    während des An  lassens mit einer höheren     Klemmspannung        e2     und die Kurve     III    für den Fall, dass eine  noch höhere Klemmenspannung     e3    an den  Motor gelegt wird.

   Die strichpunktierten       Wagrechten    I',     II',        III'    bedeuten die Durch  schnittswerte der Wattaufnahme bei den ver  schiedenen Klemmenspannungen ei.     bezw.        e2          bezw.        e3    vom Stillstand bis zur normalen       Betriebsumlanfszahl.    Die Berechnung ergibt,  dass, wenn das Anlassen eines Induktions  motors mit unverändertem     Sekundärwider-          stand,    also eines Motors mit     gurzscblussanker     unter Veränderung der Klemmenspannung       erfolgt,

      das Verhältnis der bei einer jeden    Klemmenspannung eintretenden Wattauf  nahme und des Quadrates der betreffenden  Spannung für den gleichen Wert der     Schlüp-          fung    konstant ist. Dies geht aus dem     Hey-          land-Diagramm        (Fig.    4) hervor, in welchem  E die     Klemmenspannung    des Motors, der  Vektor     J"    den     Leerlaufstrorn    und der Vektor       .1k    den     Kurzschlussstrom,    der Winkel     Sck    die  Phasenverschiebung des     Kurzschlussstromes     in bezug auf die Spannung E bedeutet.

   Be  kanntlich ist der     Kurzschlussstrom        Jk    zu der  jeweiligen Klemmenspannung E proportio  nal, so dass bei der Änderung von E sich  auch     Jk    und damit auch der Massstab des     Dia-          grammes    proportional zu E ändert. Infolge  dessen ist       Jk=aE     <I>wo a</I> ein     Proportiona,litätsfaktor    ist.     J,o    ist  der Wattstrom für dessen     Grösse    aus dem  Diagramm die Gleichung       J,    _     Jk    C09     Cok     hervorgeht.  



  Die     Wattaufnahme    TV ist gleich     J"        #   <I>E.</I>  Wenn E und     Jk    aus den obigen Gleichungen  eingesetzt werden, so ergibt sich       TY=        Jk        cos        (-rk   <I>.

   E= a</I>     E'.        cos        ck     woraus  
EMI0002.0077     
    Tritt also zum Beispiel für den Wert s  der     Schlüpfung    bei einer Klemmenspannung       e1    eine Wattaufnahme     W1,    bei einer Klem  menspannung     e2    eine Wattaufnahme     W,    und  bei der Klemmenspannung     e3    eine Wattauf  nahme W3 ein, so ist bei gleicher     Schlüp-          fung     
EMI0002.0086     
    Ebenso ist das Verhältnis der Durch  schnittswerte I',     II',

          III'    der Wattaufnahmen  in den     Anlassperioden    und des Quadrates der  für die betreffenden Durchschnittswerte gel  tenden Klemmenspannungen annähernd kon  stant; das heisst:    
EMI0003.0001     
    Da nun die Durchschnittswerte der Watt  aufnahmen für die ganze     Anlassperiode,    also  für alle     Schlüpfungen    vom Stillstand. bis zur  normalen     Betriebsumlaufsgeschwindigkeit,     gelten, so ist für die ganze     Anlassperiode    das  Verhältnis zwischen der jeweiligen Wattauf  nahme des Motors und dem Quadrate der der  betreffenden     Wattaufnahme    entsprechenden  Klemmenspannung annähernd konstant.  



  Ist aber durch     Verknüpfung        eines    Induk  tionsmotors mit     unveränderlichem    Sekundär  widerstand und     eines    mit veränderlicher  Gleichstromerregung ausgerüsteten Synchron  phasenumformers     die    Bedingung erfüllt, dass  im Sekundärstromkreis des Phasenumformers  das Verhältnis -der Belastung und des  Quadrates der     Klemmenspannung    zwangs  weise konstant ist, so     ergibt    sich, dass  falls die Selbstinduktion des primären  Stromkreises des     Phasenumformers,    wie  dies im Patent Nr.

   98421 mit Bezug auf       Fig.    6 nachgewiesen worden ist, eine be  stimmte geeignete Grösse erhält, die Phasen  verschiebung im Primärstromkreis des Pha  senumformers bei dessen verschiedenen Erre  gungen, also bei verschiedenen Belastungen  des Motors, stets gering ist, so dass der     Pha-          senumformer    im primären Stromkreis stets  mit einem hohen Leistungsfaktor arbeitet.  



  Diese Verhältnisse treffen ohne     weiteres     zwar bloss für die     Anlassperiode    zu. Ist aber  der Motor für den Antrieb einer Bahn be  stimmt, beider .die Anlass- und Bremsperioden  den überwiegenden Anteil des Betriebes bil  den, so kann die Anlage im Durchschnitt mit  einem sehr guten Leistungsfaktor arbeiten,  da ja der hohe Leistungsfaktor gerade wäh  rend der     Anlassperiode    eintritt, während bei  Erreichung der     Betriebsumlaufsgeschwindig-          keit,    wo der Leistungsfaktor niedrig wird, die  Belastung klein ist.  



       Fig.    2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der  neuen Antriebseinrichtung in schematischer  Darstellung;         Fig.    3 ist eine weitere Ausbildung der  Einrichtung nach     Fig.    2.  



  1 ist die Fahrleitung von der die im Stän  der des     Synchronphasenumformers    3 ange  ordnete einphasige Primärwicklung 2 durch  den Stromabnehmer 4 Strom erhält, während  das andere Ende der     Primärwicklung    bei 5  geerdet ist. 6 ist die gleichfalls im Ständer  untergebrachte mehrphasige Sekundärwick  lung des Phasenumformers, welche den Motor  7 speist.

   Die Primärwicklung 2 des Phasen  umformers befindet sich an einem grösseren       Ha.Ibmesser    als die     Sekundärwicklung,    und  zwischen den beiden Wicklungen     sind    die  magnetischen     Nebenschlüsse    8 vorgesehen, um  die     Selbstinduktion    der Primärwicklung zu       vergrössern,.    wie dies in dem Patent Nr. 98421  mit Bezug auf     Fig.    4 beschrieben     worden    ist.  9 ist .der     umlaufende    Feldmagnet des     Syn-          clironpha.senumformers,    der von dem Gleich  stromerzeuger 10 seine Erregung erhält.

   In  dem Erregerstromkreis befindet sich ein Re  gelwiderstand 11, der     mittelst    eines Schalt  hebels 12 geändert werden kann. Mittelst des  Schalters 13 kann der Motor 7 an den Sekun  därstromkreis .des Phasenumformers geschal  tet werden. Der Motor 7 ist ein Induktions  motor, dessen Sekundärstromkreis einen un  veränderlichen Widerstand besitzt, so dass  der Anker 14 als     Kurzschlussanker    ausge  führt sein kann.  



  Beim Anlassen wird der Schalter 13 ge  schlossen.  



  Durch Änderung der Erregung des Pha  senumformers und der hiermit verbundenen  Änderung der Klemmenspannung des Motors  wird die Belastung und mit der Belastung die  Zugkraft des Motors während der Anlass  periode infolge der dem     Kurzschlussanker-          motor    innewohnenden Eigenschaft im Ver  hältnisse zum Quadrate der     Spannung    gere  gelt und wird     infolge,des    bei einem bestimm  ten Wert der     Selbstinduktion    des Primär  stromkreises des Phasenumformers bestehen  den, im Patent Nr. 98421 erläuterten Zu  sammenhanges die Phasenverschiebung im  Primärstromkreis . des Phasenumformers über      die ganze     Anla.ssperiode    einen geringen Wert  beibehalten.  



  Bei der in     Fig.    3 dargestellten weiteren  Ausbildung erfolgt die Regelung des An  lasswiderstandes 11 während der     Anlass-          periode        selbsttätig,    indem das Schaltglied 12  unter die Wirkung eines durch einen vom  Belastungsstrom des Phasenumformers     durch-          flossenen        Solenoids    15 gestellt ist, der beim  Anwachsen der Stromaufnahme den Wider  stand 11 allmählich kurzschliesst und beim  Sinken der Stromaufnahme wieder ausschal  tet,

   wodurch ein sanftes Anlassen erzielt und  die Erregung am Ende der Beschleunigung       selbsttätig    auf den     günstigsten    Wert einge  stellt     wird.     



       Mittelst    des Fahrhebels 16 kann der Aus  schlag des Schalthebels 12 und hiermit die  Beschleunigung willkürlich begrenzt werden.  



  Ist der Motor 7 für verschiedenen- Pol  zahlen umschaltbar eingerichtet, so muss un  ter Umständen die Klemmenspannung der  Polzahl entsprechend angepasst werden, was  durch zwischen den Phasenumformer 3 und  den Motor eingeschaltete, umschaltbare Wi  derstände,     Induktanzen    oder Transformatoren  17 erzielt werden kann, die mittelst des Um  schalters 13 beherrscht werden können, der  auch zum Anschalten des     Motors    dient.  



  Die beschriebene     Einrichtung    ermöglicht  den Betrieb von Bahnen mit einfachen und  betriebssicheren     Kurzschlussankerinduktions-          motoren    und dabei die Wahrung eines     guten     Leistungsfaktors trotz des häufigen     Anlas-          seis    und Bremsens, wobei ausserdem das  Bremsen unter     Energierückspeicherung    er  folgen kann.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRUCH: Antriebseinrichtung für elektrische Eisen bahnen, bestehend aus einem von einer Ein phasenfahrleitung gespeisten Einphasenmehr- phasenumformer mit regelbarer Gleichstrom erregung, .der in der Primärwicklung mit einer die Lockerung der Kopplung der 3ekun- dären- und primären Spannung des Phasen umformers bewirkenden hohen Selbstindulition ausgeführt ist und an dessen Sekundärwick lung die den Antrieb des Fahrzeugt:s- bewir kenden Mehrpha.seninduktionsmotoren mit konstantem sekundären Widerstand ange schlossen sind. <B>UNTERANSPRÜCHE</B> 1.
    Einrichtung nach Patentanspruch, da- ,durch gekennzeichnet, dass die an den se kundären Stromkreis des Synchronphasen umformers angeschlossenen Antriebsmoto ren einen Kurzschlussanker besitzen. 2. Einricchtung nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass der die Erre gung des Phasenumformers ändernde Schalter unter die Wirkung eines von der Stromaufnahme des Phasenumformers be herrschten selbsttätigen Regelvorrichtung gestellt ist. 3. Einrichtung nach Unteranspruch 2, ge kennzeichnet durch einen willkürlich ein stellbaren, den Wirkungsbereich des selbst tätigen Reglers begrenzenden Anschlag. 4.
    Einrichtung nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass zwischen der Sekundärwicklung des Phasenumformers und den mit Polumschaltung ausgeführten Antriebsmotoren eine die glernmenspan- nung,des Motors in bezug auf die Sekun därspannung des Phasenumformers än dernde Vorrichtung eingeschaltet ist. 5. Einrichtung nach Unteranspruch 4, da durch gekennzeichnet, dass der Schalter der zwischen Phasenumformer und Motor eingeschalteten Spannungsänderungsvor- richtung und der die Polumschaltung be wirkende Schalter miteinander zwangsläu fig verbunden sind. -
CH121240D 1925-03-07 1925-12-14 Antriebseinrichtung für aus einer Einphasenfahrleitung mit Mehrphaseninduktionsmotoren angetriebene elektrische Eisenbahnen. CH121240A (de)

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